孫剛胡偉

（1.浙江金剛汽車有限公司；2.吉利汽車研究院有限公司）

VVT技術(shù)是近年來汽車業(yè)較為流行的一項發(fā)動機技術(shù)，對提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及降低排放等都有比較顯著的效果，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。某公司的SC6車型搭載了MR479QN發(fā)動機，該發(fā)動機采用智能連續(xù)可變進氣正時系統(tǒng)（IPS）的單VVT設(shè)計形式，該車動力經(jīng)濟性較原MR479QA發(fā)動機有明顯提升，但該車在暖車狀況下出現(xiàn)過偶發(fā)性啟動困難（需2次或多次才能啟動成功），而冷車或熱車熄火后都能正常啟動。針對此問題，該公司采集各類數(shù)據(jù)、借助 CCP，Adapter，Lambda（λ）儀、LA4 線氧傳感器、inca軟件、ES590、信號轉(zhuǎn)換器及示波器等軟件和儀器設(shè)備監(jiān)測診斷，運用排除法對影響車輛故障的若干因素分別進行故障再現(xiàn)驗證，最終確認暖機啟動時間過長的原因，并推理得出暖車啟動時間過長的因果關(guān)系，文章對于搭載VVT發(fā)動機的其它車型具有參考價值。

1 暖機啟動定義及初始標定

1.1 暖機啟動定義

啟動時發(fā)動機溫度介于環(huán)境溫度與發(fā)動機正常運行溫度（約90℃）之間，則稱之為暖機啟動。通常暖機啟動前發(fā)動機靜置的時間介于幾分鐘到幾小時之間，因周圍環(huán)境溫度不同而異。

1.2 MR479QN發(fā)動機暖機啟動初始標定[1]，

暖機啟動標準：水溫在60～100℃，使用當?shù)厝加?，要求啟動時間＜1.5 s。

暖機啟動標定方法：合理選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的冷啟動數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)，并對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行檢查，根據(jù)啟動匹配流程分階段對啟動進行標定。啟動相關(guān)匹配標定內(nèi)容，如表1所示。

表1 發(fā)動機暖機啟動匹配標定樣表

2 SC6車型479QN發(fā)動機暖車正常啟動數(shù)據(jù)

根據(jù)479QN發(fā)動機對啟動相關(guān)標定的內(nèi)容，進行7個溫度點的啟動及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速曲線、噴油脈寬、點火角及啟動時間的試驗信息匯總，因篇幅有限，僅取其中60℃溫度點的暖機啟動狀況的曲線來描述，如圖1所示。

從圖1可以看出，暖機正常啟動情形下啟動試驗均1次啟動成功，啟動時間0.5 s，可以說此時發(fā)動機具有良好的暖機啟動性能。

3 SC6車型479QN發(fā)動機暖車啟動時間過長數(shù)據(jù)分析

在50～80℃暖機下隨機啟動，若出現(xiàn)啟動時長＞1.5 s，即判定為啟動時間過長，記錄為1次啟動異常，通過連接的相關(guān)設(shè)備可即時捕捉到異常啟動發(fā)生時的各項數(shù)據(jù)。下面選取啟動時長為2.2 s（見圖2）的采集數(shù)據(jù)，與該車正常啟動時長0.5s的采集數(shù)據(jù)進行分析。

表2示出SC6整車74℃暖機啟動、時長2.2 s與正常啟動的各項參數(shù)對比，從表2可以看出，啟動拖動轉(zhuǎn)速、點火角、噴油脈寬、噴油加濃、步進電機位置、供電電壓及進氣壓力等在異常啟動和正常啟動時無明顯差異，都在正常標定范圍內(nèi)。

表2 SC6整車啟動時間過長與啟動正常參數(shù)對比

用ES410采集的噴油、點火、轉(zhuǎn)速傳感器及相位傳感器的原始物理信號，如圖3所示，其中轉(zhuǎn)速傳感器和相位傳感器信號是輸入信號，噴油和點火是ECU輸出的控制信號。從圖3可以看出，發(fā)動機啟動時，判缸成功后，4缸滿足同步噴射條件，進行了同步噴射，之后依次是2—1—3缸的順序噴射，ECU輸出的噴油信號順序正常。

從上述2次啟動時間過長的數(shù)據(jù)和采集的原始物理信號分析來看，EMS各系統(tǒng)信號都正常，EMS關(guān)鍵輸入轉(zhuǎn)速（DG）、相位（PG）信號清晰正常，能正常判缸；EMS輸出的噴油、點火指令都有輸出，以上首先排除了ECU接收和發(fā)出指令的異常。

那么在混合氣點火瞬間，導(dǎo)致點火時間過長的可能性因素依據(jù)故障特征，可歸納為5種：1）燃油導(dǎo)軌內(nèi)油壓不足；2）噴油量過大或過??；3）點火或噴油執(zhí)行器未執(zhí)行；4）點火能量不足；5）混合氣中氧濃度偏低。針對上述5種可能性進行逐一試驗分析。

4 燃油導(dǎo)軌油壓對暖機啟動的影響性分析

采用ES410、油壓表、三通管、透明油管及inca軟件進行調(diào)查。啟動方法：點火開關(guān)從“OFF”擋直接打到“START”擋，在當前油壓下直接啟動。

透明油管、三通管及油壓表的連接，如圖4所示，用透明油管的作用是觀察油路氣泡，監(jiān)控供給燃油中是否混入空氣（試驗證明不存在此現(xiàn)象）。

試驗結(jié)果，如表3所示，從表3可以看出：每次熄火后油壓（250 kPa）下降速度沒有明顯規(guī)律，1 h以內(nèi)油壓可能降到0，也可能保壓良好；出現(xiàn)2次啟動時間過長，分別為 1.60，1.80 s，此時對應(yīng)油壓為 190，180 kPa，其余試驗啟動時間均＜1 s，對應(yīng)油壓沒有規(guī)律可循。表明啟動時油壓大小及泄壓快慢與啟動時間無關(guān)聯(lián)性。

表3 不同燃油壓力對應(yīng)啟動時長記錄表

5 噴油量對暖機啟動影響性分析

采用 ES410，CCP，inca軟件對搭載 MR479QN發(fā)動機的SC6車型暖機啟動減稀和加濃極限進行探測。

5.1 減稀

以批產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，以10%為步長進行減稀操作，以觀察啟動數(shù)據(jù)的空燃比、啟動時間及轉(zhuǎn)速沖高和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。當啟動和啟動后數(shù)據(jù)減稀到批產(chǎn)數(shù)據(jù)的56%時，啟動依然能正常啟動和沖高，但是因啟動后噴油量較少，導(dǎo)致偏稀熄火。具體數(shù)據(jù)分析，如表4和圖5所示（僅取暖機60℃、噴油減稀53%、啟動時長0.49 s對應(yīng)的參數(shù)趨勢圖）。

表4 噴油減稀對應(yīng)啟動時長記錄表

5.2 加濃

以批產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，以20%為步長進行加濃操作（因為發(fā)動機抗?jié)庑暂^好），觀察啟動數(shù)據(jù)的空燃比、啟動時間及轉(zhuǎn)速沖高和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。當啟動及啟動后數(shù)據(jù)加濃到批產(chǎn)數(shù)據(jù)的140%時，依然能正常啟動和沖高（沖高偏弱），但是因啟動及啟動后噴油量較大，混合氣偏濃，啟動爬升階段和啟動后怠速穩(wěn)定階段都出現(xiàn)較為嚴重的失火現(xiàn)象，認為此時已不宜也無必要再做加濃檢測。具體數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如表5和圖6所示（僅取暖機65℃、噴油加濃140%、啟動時長0.6 s對應(yīng)的參數(shù)趨勢圖）。

表5 噴油加濃對應(yīng)啟動時長記錄表

5.3 小結(jié)

在批產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進行了加濃和減稀驗證工作，分析結(jié)果表明：1）批產(chǎn)數(shù)據(jù)啟動性能良好，空燃比設(shè)定合理，轉(zhuǎn)速沖高正常，轉(zhuǎn)速爬升階段快速、光滑，怠速穩(wěn)定，啟動時間＜1 s；2）批產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行加濃、減稀30%，啟動性能良好，各方性能表現(xiàn)都在合理范圍內(nèi)；3）當前批產(chǎn)數(shù)據(jù)加濃和減稀的極限可初步判定在-56%～140%，根據(jù)暖機啟動匹配標準和經(jīng)驗，此區(qū)間合理。

以上試驗結(jié)果表明，暖機環(huán)境下當前啟動數(shù)據(jù)噴油量選取合適，與暖機啟動時間長無關(guān)聯(lián)性。

6 點火或噴油執(zhí)行器對暖機啟動影響性分析

采用DS06014A示波器、感應(yīng)式測電筆、發(fā)光二極管、inca軟件進行調(diào)查。

將示波器與噴油嘴電磁開關(guān)插件連接，采集啟動時噴油嘴的電壓信號，以判斷啟動時噴油嘴是否正常噴油工作，用感應(yīng)式測電筆和發(fā)光二極管同步監(jiān)控啟動時高壓點火執(zhí)行信號和噴油嘴的電壓執(zhí)行信號，如圖7所示。

在暖機狀態(tài)下共啟動9次，出現(xiàn)1次點火長1.5 s，雖然啟動時間偏長，但噴油嘴電磁開關(guān)已接收到電壓信號（示波器已采集信號，同時發(fā)光二極管燈閃亮），同時感應(yīng)測電筆也顯示出脈沖電壓，證明噴油和點火都已執(zhí)行。

試驗結(jié)果表明：暖機啟動時間過長非點火或噴油執(zhí)行器的影響

7 點火能量對暖機啟動影響性分析

搭載479QN發(fā)動機的車型在批產(chǎn)前標定時做過相關(guān)點火能量測試工作，試驗結(jié)果，如表6所示?？梢钥闯?，通過點火能量測試，設(shè)計標準滿足實際要求。

表6 479QN發(fā)動機點火能量測試記錄表

8 混合氣中氧濃度對暖機啟動影響性分析

采用CCP、Adapter、測試用進氣歧管、Lambda儀、LA4線氧傳感器、inca軟件、ES590、信號轉(zhuǎn)換器、電壓型壓力傳感器及測試用排氣歧管進行調(diào)查。

表7顯示熄火后和啟動時λ（氧濃度）值、以及點火啟動時長。同時用ES590監(jiān)控每次熄火前的排氣背壓值，如圖8所示。

表7 λ（氧濃度）值大小與啟動時長關(guān)系表

從表7可以看出，正常啟動時λ值都穩(wěn)定在6以上，啟動時間過長時，λ值都在3以下；λ＜3以后數(shù)值越低，對應(yīng)的啟動時間越長，即λ值異常時，對應(yīng)啟動時間也異常。

由于氧濃度可以在啟動前實時監(jiān)控，所以通過監(jiān)控氧濃度數(shù)值和下降速度，而不必考慮啟動前的水溫和時間多少，僅憑λ值就能提前預(yù)判當次能否正常啟動。

試驗結(jié)果表明：暖機啟動時間與進氣歧管的氧濃度有強相關(guān)。

9 暖機啟動時間過長真因分析

9.1 熄火后氧濃度下降原因分析

通過上述試驗結(jié)果，已確定進氣歧管氧濃度過低是導(dǎo)致暖機啟動時間過長的中間原因。然而是什么導(dǎo)致歧管氧濃度過低呢？理論上只有發(fā)動機燃燒廢氣進入進氣歧管才會導(dǎo)致氧濃度降低，由此預(yù)測汽車熄火后有廢氣從排氣歧管竄入進氣歧管內(nèi)。為驗證這一假設(shè)，每次熄火后取下氣缸蓋罩查看各缸凸輪軸位置，取氧濃度正常和非正常值各5次以上。進氣歧管氧濃度異常時，發(fā)動機進排氣門總有一缸是同時打開的（如圖9所示，4缸進排氣凸輪軸“桃尖”同時位于頂開氣門位置，即“氣門重疊角”位置，此時用塞尺檢查凸輪軸與氣門頂柱間隙，測量進排氣門間隙結(jié)果都為0）；氧濃度正常時，所有缸氣門都未打開（不通）。以上證實了廢氣從排氣歧管經(jīng)排氣門、燃燒室、進氣門“竄入”到進氣歧管這一事實。

9.2 熄火后凸輪軸出現(xiàn)氣門重疊現(xiàn)象過多原因分析

圖10示出MR479QN發(fā)動機VVT相位調(diào)節(jié)情況[2]，無可變正時狀態(tài)進排氣門的重疊角度為12°，有可變正時狀態(tài)進排氣門的重疊角度為42°。圖11示出VVT相位調(diào)節(jié)原理[2]。ECU根據(jù)實際轉(zhuǎn)速和負荷工況進行相位角計算，發(fā)出電信號指令到OCV電磁閥，電磁閥控制四通閥芯在不同位置使VVT進角油腔（或遲角油腔）與壓力油溝通，另一腔與回油腔溝通，促使VVT內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動凸輪軸轉(zhuǎn)過一個角度（最大30°）；或使閥芯在中立位置不動，VVT兩油腔壓力平衡，使VVT內(nèi)轉(zhuǎn)子及凸輪軸保持在某一位置。

VVT發(fā)動機怠速狀態(tài)的控制策略是最小的重疊角（保證怠速穩(wěn)定），而發(fā)動機熄火之前基本為怠速狀態(tài)，即VVT不動作，從啟動時間過長汽車出現(xiàn)氣門重疊過多現(xiàn)象分析，極有可能熄火瞬間VVT依然在動作，很可能VVT驅(qū)動器內(nèi)外轉(zhuǎn)子發(fā)生相對運動，導(dǎo)致熄火時的重疊角不是最小重疊角。

9.3 暖機啟動時間過長真因分析

拔掉發(fā)動機的OCV閥接插件進行驗證，通過采集的監(jiān)控針對VVT數(shù)據(jù)進行分析，如圖12所示，數(shù)據(jù)表明VVT執(zhí)行器（在10～-12°相位調(diào)節(jié)）仍有動作，而正常情況下VVT應(yīng)無動作（9°附近），由此證明故障車VVT存在異常。最終確認暖機啟動時間過長的真正原因是VVT執(zhí)行器出現(xiàn)了異常。

暖車啟動時間過長因果關(guān)系，如圖13所示。

10 結(jié)論

1）圍繞發(fā)動機點火啟動機理，對信號、油、電及氣各種影響因子進行分析，為避免由多個因子作用導(dǎo)致，逐一運用假設(shè)驗證分析，逐一排除ECU信號接收和發(fā)出燃油供給壓力、噴油量大小、點火或噴油執(zhí)行器及點火能量，結(jié)果表明λ值與暖機啟動時間過長強相關(guān)；

2）λ值下降過快僅是暖機啟動時間過長問題的中間原因，試驗結(jié)果表明，VVT執(zhí)行器異常是導(dǎo)致暖機啟動時間過長的真因；

3）文章主要針對搭載MR479QN發(fā)動機的英倫SC6轎車分析，對于搭載其它VVT發(fā)動機的各種車型具有參考價值。